Trådlös kommunikation för extremt portabla tillämpningar
- Diarienummer
- RE07-0033
- Start- och slutdatum
- 080731-140630
- Beviljat belopp
- 22 400 000 kr
- Förvaltande organisation
- Lund University
- Forskningsområde
- Informations-, kommunikations- och systemteknik
Summary
Målet är att ta konstruera en extremt effektsnål och kompakt radio som kan användas för trådlös kommunikation i hörapparater, medicinska implantat och sensorer av olika slag. För att passa i dessa tillämpningar siktar vi på en effektförbrukning på under 1mW när radion är aktiv och 1uW när den är i vila. Minimal storlek tänker vi uppnå genom att använda modern CMOS-teknologi och integrera hela radion, det vill säga både radiofrekvensdelen och basbandet, på ett chip. För att uppnå låg effektförbrukning söker vi lösningar på både krets och systemnivå. För de analoga kretsarna planerar vi att använda CMOS transistorerna i svag inversion för att minska effekten. Genom att vi konstruerar även antennen kan vi välja en hög antennimpedans för att ytterligare spara ström. Även i de digitala kretsarna planerar vi att använda svag inversion, dvs mycket låg matningsspänning. Dessutom tänker vi använda så få transistorer som möjligt för att minska läckströmmarna. På systemnivå tänker vi bland annat ta fram algoritmer som gör att radion kan väckas ur vila utan att effektförbrukningen i vilotillståndet blir hög. Det förväntade resultatet av projektet är en komplett radiolösning bestående av ett CMOS chip och en antenn, som kan användas i applikationer med extrema krav på storlek och effektförbrukning. Projektet kommer även att resultera i utbildade tekniska doktorer, och indirekt även civilingenjörer, inom områdena IC konstruktion och radiosystem.
Populärvetenskaplig beskrivning
Målet är att ta fram en radio som är så extremt liten och strömsnål att den kan användas i hörapparater, pacemakers och andra medicinska implantat, till exempel för styrning av proteser. Om man har en hörapparat i varje öra kan de via radion kommunicera trådlöst och därigenom bättre återskapa riktningsupplevelsen i ljudet. Vid styrning av proteser kan radion kopplas till nerverna inne i kroppen och kommunicera med protesen som sitter utanpå. Både signaler ut för styrning och signaler in för känsel kommer då att kunna förmedlas. Det finns även en mängd andra applikationer för en liten strömsnål radio, till exempel i sensorer för intelligenta hus och i TV-spel och datorer. För att uppnå minimal storlek kommer vi att samla all elektroniken på ett enda chip, som dessutom görs med den allra modernaste, det vill säga minsta, tekniken. Målet är att göra chipet mindre än en kvadratmillimeter trots att det kommer att innehålla många funktioner, såväl högfrekvensdelar som analog till digital omvandlare och digitala styrkretsar. För att minska strömförbrukningen kommer vi att använda transistorerna på chipet i något som kallas svag inversion, det vill säga de är inte fullt påslagna. Därmed drar de inte heller full ström. Nackdelen är att transistorerna då inte blir lika snabba, men de minsta av dagens transistorer är oerhört snabba och även i svag inversion är snabbheten tillräcklig för den här typen av kretsar. Vi kommer även att sträva mot att minska antalet transistorer i den digitala delen så långt det är möjligt för att minska läckageströmmen. Målet är att få ner effektförbrukningen till under en milliwatt när radio är aktiv, det vill säga sänder eller tar emot. I viloläget strävar vi i stället mot mindre än en mikrowatt. För att möjliggöra det senare krävs speciella algoritmer för att hantera hur radion ska kunna väckas ur viloläget. För att få en komplett lösning kommer även antenner att konstrueras som är anpassade för att radiochippet ska få minsta strömförbrukning, samtidigt som antennen passar i biologiska tillämpningar.